认识一下EtherCAT

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EtherCAT为现场总线技术领域树立了新的性能标准,具备灵活的网络拓扑结构,系统配置简单,和现场总线系统一样操作直观简便。另外,由于EtherCAT实施的成本低廉,因此使系统得以在过去无法应用现场总线网络的场合中选用该现场总线。


EtherCAT独特的运行机制使其成为“工程师的明智之选”。此外,以下特点对某些应用具有特别的优势。

1. 卓越的性能

总的来说 EtherCAT 是最快的工业以太网技术,同时它提供纳秒级精确的同步。目标系统由总线系统控制或监测的所有应用都将从此大大获益。快速反应时间减少了处理步骤中的状态转换等待时间,从而显著提高了应用的效率。最后,相对于设定了相同循环时间的其他总线系统,EtherCAT 系统结构通常能减少25%-30%的 CPU 负载。而最好的情况下,EtherCAT 性能可以改善精度,获得更高的吞吐量,并降低成本。

2. 灵活的拓扑

 EtherCAT 应用中,机器结构决定网络拓扑结构,而非反之。在传统的工业以太网系统中,可安装的交换机和集线器的数量是有限的,从而限制了整个的网络拓扑结构。而 EtherCAT 无需交换机或集线器,因此没有这样的局限性。简而言之,EtherCAT 在网络拓扑方面没有任何限制。几乎无限数量的节点可以组成线型、树型、星型拓扑及任何拓扑的组合。由于自动链接检测功能,节点和网段可在运行中断开及重新连接——甚至连接到其他地方。线型拓扑可以拓展为环形拓扑,从而实现线缆冗余。主站设备仅需要第二个以太网口即可实现这种冗余功能,而从站设备已经具备了支持冗余功能的条件。因此可在机器运转过程中进行设备交换。

3. 简单且耐用

配置、检测、维护都与系统的成本息息相关。以太网现场总线使得所有这些任务变得异常简单:EtherCAT可以自动配置地址,无需手动配置。低总线负载和点对点的物理层改善了抗电磁干扰的能力。网络可靠地定位检测潜在的干扰,从而大大减少了排除错误的时间。在启动时,网络将目标拓扑与现实拓扑对比从而检测差异。EtherCAT 出色的性能使得系统配置时降低对网络调试的需求。由于高带宽,可以将其他的TCP/IP 与控制数据同时传输。然而,EtherCAT 并不是基于 TCP/IP 的,因此无需使用 MAC 地址或 IP 地址,更不需要 IT 专家配置交换机或路由器。

4. 集成安全

功能性安全作为一个网络结构的集成部分?对于 FSoEFunctional Safety over EtherCAT)来说不是问题。FSoE 是得到实际验证的,自 2005 年就有了通过 TÜV 认证的FSOE 设备。协议满足 SIL 3 系统要求,且适用于集中控制和分散控制系统。由于黑色通道的方式及特别精简的安全容器(Safety Container),FSoE 也可以应用于其他总线系统。该集成方案及精简的协议可降低系统成本。此外,一个非安全要求的控制器可以接受并处理安全数据。

5. 低成本易实现

EtherCAT 以相当甚至低于传统现场总线系统的价格水平提供工业以太网的特性。对于主站设备硬件仅需要一个以太网端口——而无需昂贵的接口卡或协处理器。不同形式的 EtherCAT 从站控制器可以从很多供应商获得:ASIC 芯片、FPGA,或标准微处理器的可选总线接口。由于这些便宜的控制器可以承担所有时间关键任务,EtherCAT 自身并不向从站设备 CPU 提出任何性能要求,从而降低了设备成本。因为 EtherCAT不需要交换机或其他有源基础组件,从而节省了该类组件及其安装、配置和维护的成本。

1系统结构图

2EtherCAT是什么?

3EtherCAT性能表现

4EtherCAT运行原理


5EtherCAT协议架构


6EtherCAT分布时钟


7EtherCAT与传统的对比



8EtherCAT与传统的对比2


10EtherCAT与传统的对比311EtherCAT灵活的拓补结构12EtherCAT冗余功能13EtherCAT运动控制协议14EtherCAT给运动控制系统带来的好处15EtherCAT的广泛应用16EtherCAT的应用场合


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2018年10月23日 18:28
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